JP4044503B2 - Pulse light source for communication - Google Patents
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Description
本発明は、半導体レーザとファブリペロー電気光学変調器とにより構成されて、光パルスを発生する通信用パルス光源に関する。 The present invention relates to a pulse light source for communication that includes a semiconductor laser and a Fabry-Perot electro-optic modulator and generates an optical pulse.
従来から光パルスを発生させるための装置として、パルスレーザがある(非特許文献1参照)。パルスレーザでは、レーザ共振器中に挿入した光増幅機能を有するレーザ媒質、バンドパスフィルタの帯域、およびモードロックと呼ばれる特定の時間周期で光強度が変調される機構により光パルス列を発生する。この光パルス列のパルス幅および繰り返し周波数は、上記レーザ共振器で決まり、広帯域なレーザ媒質とモードロックによる高速な光強度変調により短光パルスが発生できる。 Conventionally, there is a pulse laser as a device for generating an optical pulse (see Non-Patent Document 1). In a pulse laser, an optical pulse train is generated by a laser medium inserted in a laser resonator and having a light amplification function, a band of a band pass filter, and a mechanism in which light intensity is modulated at a specific time period called mode lock. The pulse width and repetition frequency of the optical pulse train are determined by the laser resonator, and a short optical pulse can be generated by high-speed light intensity modulation using a broadband laser medium and mode locking.
また従来から、光パルスのパルス幅を変調する方法として、広帯域な光周波数成分を有する短光パルスを用い、そのパルスを光バンドパスフィルタに入射し、そのフィルタの透過帯域を変調する方法がある。 Conventionally, as a method for modulating the pulse width of an optical pulse, there is a method of using a short optical pulse having a broadband optical frequency component, making the pulse incident on an optical bandpass filter, and modulating the transmission band of the filter. .
また、光パルスを発生させることのできる他の手段として、電気光学変調器を用いたファブリペロー電気光学変調器が知られている(非特許文献2参照)。このファブリペロー電気光学変調器は光位相変調器を光共振器に挿入した構造をもち、光共振器にレーザ光を入力し、光位相変調器にマイクロ波を入力することで光パルス列を発生することができる。 As another means capable of generating an optical pulse, a Fabry-Perot electro-optic modulator using an electro-optic modulator is known (see Non-Patent Document 2). This Fabry-Perot electro-optic modulator has a structure in which an optical phase modulator is inserted into an optical resonator, and generates an optical pulse train by inputting laser light into the optical resonator and inputting microwaves into the optical phase modulator. be able to.
従来のファブリペロー電気光学変調器で構成されるパルス光源の構成を図13に示す。同図において、11はマイクロ波を発生するマイクロ波発生器、14は半導体レーザ、15は戻り光の除去機能を有するアイソレータ、16と18はファブリペロー光共振器を構成する一対の鏡、および17はその一対の鏡の間に挿入された光位相変調器である。 FIG. 13 shows a configuration of a pulse light source including a conventional Fabry-Perot electro-optic modulator. In the figure, 11 is a microwave generator for generating microwaves, 14 is a semiconductor laser, 15 is an isolator having a function of removing return light, 16 and 18 are a pair of mirrors constituting a Fabry-Perot optical resonator, and 17. Is an optical phase modulator inserted between the pair of mirrors.
このように、ファブリペロー電気光学変調器は、光位相変調器17をファブリペロー光共振器16,18に挿入した構造をもつ。このファブリペロー電気光学変調器に、CW(continuous-wave)のレーザ光(時間的に連続に発振するレーザ光)を入力すると2×fmの光パルス列が発生し、パルス幅は次式(1)により決まる。
1/(2F fm β) (1)
ここでF:ファブリペロー光共振器のフィネス(鮮鋭度)、fm:変調周波数、β:光位相変調器17の変調指数である。例えば、F=50、β=0.25、fm:40GHzとすれば、図14の(a)に示すようなパルス幅1ps、繰り返し周波数が80GHzのパルス列を発生することができる。
Thus, the Fabry-Perot electro-optic modulator has a structure in which the
1 / (2F fm β) (1)
Here, F: finesse (sharpness) of the Fabry-Perot optical resonator, fm: modulation frequency, β: modulation index of the
図14の(b)は図14の(a)に示す光パルスの入射光に対する相対的な位相を示している。同図から光の位相が光パルス発生に合わせて大きく変動していることが見てとれる。光の位相が変化するとき、光の周波数が変化していること等価であることを考えると、時間×fmの値が0.5、1.5、2.5などのタイミングで発生した光パルスと時間×fmの値が1、2、3などのタイミングで発生した光パルスで光パルスの周波数が正、または負のシフトを繰り返していることになる。この現象を波長の立場で説明すると、ファブリペロー電気光学変調器により発生する光パルスは、入射光の波長に対して、長波長側に波長がシフトした光パルスと、短波長側に波長がシフトした光パルスとを交互に繰り返してしまうことになる。 FIG. 14B shows the relative phase of the light pulse shown in FIG. 14A with respect to the incident light. From the figure, it can be seen that the phase of the light greatly fluctuates with the generation of the optical pulse. Considering that it is equivalent that the frequency of light changes when the phase of light changes, an optical pulse generated at a timing such as the value of time × fm is 0.5, 1.5, 2.5, etc. That is, the frequency of the optical pulse is repeatedly shifted positively or negatively with the optical pulse generated at the timing when the value of time × fm is 1, 2, 3, or the like. Explaining this phenomenon in terms of wavelength, the optical pulse generated by the Fabry-Perot electro-optic modulator is shifted from the wavelength of the incident light to the longer wavelength side and from the shorter wavelength side to the shorter wavelength side. The repeated light pulses are repeated alternately.
ファブリペロー電気光学変調器により発生する光パルスのパルス幅は、上記の(1)式から、変調指数βに逆比例するため、光位相変調器17を駆動するマイクロ波の出力を変化させて、変調指数βを変えることでパルス幅を可変にすることができる。例えば、F=120、fm=10GHzとすれば、変調指数βを0.25から0.04まで変化させて、図15に示すように、パルス幅を1psから10ps以上まで可変にすることができる。なお、変調指数βはEO効果(electro-optic effect; 電気光学効果)により位相が変調される度合いを示す値であり、光位相変調器17の駆動電圧に比例する。
Since the pulse width of the optical pulse generated by the Fabry-Perot electro-optic modulator is inversely proportional to the modulation index β from the above equation (1), the output of the microwave driving the
しかしながら、従来のパルスレーザは、レーザ媒質、バンドパスフィルタの帯域、およびモードロック方法により、そのパルス幅が決まるために、安定かつ高速に出力光のパルス幅を変調することが困難であった。 However, since the pulse width of the conventional pulse laser is determined by the laser medium, the band of the band-pass filter, and the mode lock method, it is difficult to modulate the pulse width of the output light stably and at high speed.
また、広帯域な光周波数成分を有する短光パルスを用い、そのパルスを光バンドパスフィルタに入射して、そのフィルタの透過帯域を変調することで、光パルスのパルス幅を変調する従来方法は、高速かつ、連続的に透過帯域を変調することが難しいために、高速な光パルス幅の変調が困難であった。 In addition, the conventional method of modulating the pulse width of an optical pulse by using a short optical pulse having a broadband optical frequency component, entering the pulse into an optical bandpass filter, and modulating the transmission band of the filter is as follows: Since it is difficult to modulate the transmission band continuously at high speed, it is difficult to modulate the optical pulse width at high speed.
一方、従来のファブリペロー電気光学変調器は光パルス幅の高速な変調が可能であるものの、ファブリペロー電気光学変調器から発生した光パルス列は、ファブリペロー電気光学変調器への入射光の波長に対して、長波長側に波長がシフトした光パルスと、短波長側に波長がシフトした光パルスとを交互に繰り返しているため、波長分散のある光ファイバに通すと光パルスの伝搬特性が隣り合う各パルス間で異なるために、光パルス列はファイバ通過後、図16に示すように、パルスのタイミングのずれが生じてしまっていた。 On the other hand, the conventional Fabry-Perot electro-optic modulator can modulate the optical pulse width at a high speed, but the optical pulse train generated from the Fabry-Perot electro-optic modulator has the wavelength of the incident light to the Fabry-Perot electro-optic modulator. On the other hand, since the optical pulse whose wavelength is shifted to the long wavelength side and the optical pulse whose wavelength is shifted to the short wavelength side are alternately repeated, the propagation characteristics of the optical pulse are adjacent when passing through an optical fiber having chromatic dispersion. Because of the difference between matched pulses, the optical pulse train has shifted in pulse timing after passing through the fiber as shown in FIG.
また、従来のファブリペロー電気光学変調器により発生した光パルス列を光増幅器に通すと、光パルスの増幅特性が隣り合う各パルス間で異なるため、図17に示すように、パルスの強度に変調が加えられてしまっていた。 In addition, when an optical pulse train generated by a conventional Fabry-Perot electro-optic modulator is passed through an optical amplifier, the amplification characteristics of the optical pulse differ between adjacent pulses, so that the intensity of the pulse is modulated as shown in FIG. It has been added.
さらに、従来のファブリペロー電気光学変調器は、通信用に光コネクタを用いて光ファイバに接続すると、その接続点での反射や光ファイバ中で発生するブリュリアン散乱などのために、出力側からの戻り光がファブリペロー電気光学変調器に再結合することで、光共振状態が不安定になるために、ファブリペロー電気光学変調器による光パルス列は光ファイバを長距離伝搬する光通信には使用できなかった。 In addition, when a conventional Fabry-Perot electro-optic modulator is connected to an optical fiber using an optical connector for communication, reflection from the connection point or Brilliant scattering generated in the optical fiber causes the output from the output side. Since the optical resonance state becomes unstable due to the recombination of the return light with the Fabry-Perot electro-optic modulator, the optical pulse train generated by the Fabry-Perot electro-optic modulator can be used for optical communication propagating over an optical fiber over a long distance. There wasn't.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、
(1)高速なパルス幅の変調が可能な通信用パルス光源を提供する、
(2)波長分散のある光ファイバや利得特性に周波数依存性のある光増幅器を通しても光パルスのタイミングや強度が変化しない通信用パルス光源を提供する、
(3)戻り光により動作が不安定にならない通信用パルス光源を提供する、
ことにある。
The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is as follows.
(1) Provide a communication pulse light source capable of high-speed pulse width modulation.
(2) To provide a pulse light source for communication in which the timing and intensity of an optical pulse do not change even through an optical fiber having wavelength dispersion and an optical amplifier having a frequency dependence on gain characteristics.
(3) Provide a pulse light source for communication that does not become unstable due to return light.
There is.
上記目的を達成するため、本願発明の通信用パルス光源は、半導体レーザとファブリペロー電気光学変調器とで構成されたパルス光源であって、前記ファブリペロー電気光学変調器を駆動する変調用マイクロ波の電圧振幅を制御信号に応じて変化させて、光出力のパルス幅を可変にできるパルス幅可変手段を有し、前記パルス幅可変手段が、前記ファブリペロー電気光学変調器のマイクロ波入力側に設けられた可変マイクロ波減衰器を含み、該可変マイクロ波減衰器は、少なくともn出力(nは2以上の整数)を有する入力側ダイオードスイッチと、少なくともn入力を有する出力側ダイオードスイッチと、両ダイオードスイッチ間でそれらスイッチの各々のチャンネルに接続されたn個の各々減衰量の異なる固定マイクロ波減衰器とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a communication pulse light source of the present invention is a pulse light source composed of a semiconductor laser and a Fabry-Perot electro-optic modulator, and a modulation microwave that drives the Fabry-Perot electro-optic modulator. varied according to the voltage amplitude of the control signal, to have a pulse width varying means capable of a pulse width of the light output variable, the pulse width varying means is a microwave input side of the Fabry-Perot electro-optic modulator A variable microwave attenuator provided, the variable microwave attenuator including an input side diode switch having at least n outputs (n is an integer of 2 or more), an output side diode switch having at least n inputs, It is possessed and n each attenuation of different fixed microwave attenuator connected to each channel of which switches between diode switch It is characterized in.
ここで、前記パルス光源の出力光パルスの瞬間光周波数が、該出力パルス列の1つおきに入力光周波数に比較して正、または負にシフトを繰り返している出力光を、一定の周波数シフト、あるいは周波数シフトのない光出力にする周波数調整手段を有することを特徴とすることができる。 Here, the output light in which the instantaneous optical frequency of the output light pulse of the pulsed light source is repeatedly shifted positively or negatively compared to the input optical frequency every other output pulse train is shifted by a certain frequency, Or it can be characterized by having a frequency adjusting means for making optical output without frequency shift.
また、前記周波数調整手段が、前記ファブリペロー電気光学変調器の光出力側に備えられて、入射光の波長に対し長波長側または短波長側のみ通過することができる、周波数選択性のある波長可変光フィルタまたは光バンドパスフィルタであることを特徴とすることができる。 Further, the frequency adjusting means is provided on the light output side of the Fabry-Perot electro-optic modulator, and can pass only the long wavelength side or the short wavelength side with respect to the wavelength of the incident light, and has a wavelength selectivity. It can be characterized by being a variable optical filter or an optical bandpass filter.
また、前記パルス光源の出力光パルス列を、その光周波数成分により分離し、一定の周波数シフト、あるいは周波数シフトのない2つ以上の光出力にする周波数調整手段を有することを特徴とすることができる。 Further, the output optical pulse train of the pulse light source, it is possible that optical frequency components by separating, characterized by having a constant frequency shift or frequency adjusting means to two or more light output without the frequency shift, .
また、前記周波数調整手段が、前記ファブリペロー電気光学変調器の光出力側に備えられて、入射光の波長に対し長波長側または短波長側のみ通過することができるアレイ導波路格子であることを特徴とすることができる。 Further, the frequency adjusting means is an arrayed waveguide grating provided on the light output side of the Fabry-Perot electro-optic modulator and capable of passing only the long wavelength side or the short wavelength side with respect to the wavelength of the incident light. Can be characterized.
また、前記周波数調整手段が、前記ファブリペロー電気光学変調器の光入力側または光出力側に備えられた光強度変調器と、前記ファブリペロー電気光学変調器の変調と同期して、前記光強度変調器の位相を調整する位相変調器とを有することを特徴とすることができる。 In addition, the frequency adjusting means includes a light intensity modulator provided on the light input side or light output side of the Fabry-Perot electro-optic modulator, and the light intensity in synchronization with the modulation of the Fabry-Perot electro-optic modulator. And a phase modulator for adjusting the phase of the modulator.
また、前記ファブリペロー電気光学変調器における変調周波数の2以上の偶数倍の光周波数成分のみを透過し、光出力パルスの繰り返し周波数を前記変調周波数の2以上の偶数倍にする周波数調整手段を有することを特徴とすることができる。 And a frequency adjusting unit that transmits only an optical frequency component that is an even multiple of 2 or more of a modulation frequency in the Fabry-Perot electro-optic modulator, and that makes a repetition frequency of an optical output pulse an even multiple of 2 or more of the modulation frequency. Can be characterized.
また、前記周波数調整手段が、前記ファブリペロー電気光学変調器の光出力側に備えられた光干渉計であることを特徴とすることができる。 The frequency adjusting means may be an optical interferometer provided on the light output side of the Fabry-Perot electro-optic modulator.
また、前記ファブリペロー電気光学変調器の光出力側に備えられて、光出力の戻り光成分が前記ファブリペロー電気光学変調器へ再結合しないように機能する戻り光阻止手段を有することを特徴とすることができる。 And a return light blocking means provided on the light output side of the Fabry-Perot electro-optic modulator and functioning so that a return light component of the light output does not recombine with the Fabry-Perot electro-optic modulator. can do.
また、前記戻り光阻止手段が、透過率の方向依存性を有し、出力方向のみの透過率が高い、アイソレータ、または光フィルタ、あるいは前記ファブリペロー電気光学変調器の光共振器の出力側端面に角度をつけ、戻り光が該光共振器へ再結合しない構造であることを特徴とすることができる。 Further, the return light blocking means has a direction dependency of transmittance, and has high transmittance only in the output direction, an isolator, an optical filter, or an output-side end face of an optical resonator of the Fabry-Perot electro-optic modulator The return light is structured so as not to be recoupled to the optical resonator.
上記構成により、本発明によれば、従来技術では実現できなかった高速なパルス幅の変調ができる通信用パルス光源を実現できる。 With the above configuration, according to the present invention, it is possible to realize a pulse light source for communication capable of high-speed pulse width modulation that cannot be realized by the prior art.
また、従来ファブリペロー電気光学変調器により発生した光パルス列は、波長分散のある光ファイバに通すと光パルスのタイミングずれが発生するだけでなく、光増幅器に通すことでも隣り合う光パルス間で強度が変調されるので、通信への応用が困難であったが、本発明によればその課題が解決されるので通信への適用が可能になる。 In addition, when an optical pulse train generated by a conventional Fabry-Perot electro-optic modulator is passed through an optical fiber having chromatic dispersion, not only the optical pulse timing is shifted, but also the intensity between adjacent optical pulses can be passed through an optical amplifier. However, according to the present invention, since the problem is solved according to the present invention, it can be applied to communication.
また、従来では、通信用に光コネクタを用いて光ファイバに接続すると、接続点での反射や光ファイバ中で発生するブリュリアン散乱などのために、出力側からの戻り光が発生し、動作を不安定にするために、光ファイバを長距離伝搬する光通信には使用できなかったが、本発明によればその課題が解決されるので光ファイバを長距離伝搬する光通信に使用できる。 Conventionally, when an optical connector is used for communication to connect to an optical fiber, return light is generated from the output side due to reflection at the connection point or Brilliant scattering generated in the optical fiber. In order to make it unstable, the optical fiber cannot be used for optical communication propagating over a long distance. However, according to the present invention, the problem is solved, and the optical fiber can be used for optical communication propagating over a long distance.
さらに、本発明によれば、1台の光源で多波長のパルス列が発生でき、かつ変調周波数の偶数倍のパルス列が安定に発生できるなどの効果を奏するので、極めて実用性が高く、広範囲に渡り応用範囲が広がると期待できる。 Furthermore, according to the present invention, it is possible to generate a multi-wavelength pulse train with one light source and to stably generate a pulse train having an even multiple of the modulation frequency. The application range can be expected to expand.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(第1の実施形態)
本発明を適用したファブリペロー電気光学変調器で構成される通信用パルス光源の構成例(第1の実施形態)を図1に示す。本実施形態の通信用パルス光源は、半導体レーザ14、戻り光の除去機能を有するアイソレータ15、一対の鏡16,18で構成された共振器、その共振器に挿入された光位相変調器17、マイクロ波発生器11に加えて、そのファブリペロー電気光学変調器のマイクロ波入力側に可変マイクロ波減衰器12とマイクロ波増幅器13を備える。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a configuration example (first embodiment) of a communication pulse light source including a Fabry-Perot electro-optic modulator to which the present invention is applied. The communication pulse light source of the present embodiment includes a
図2の(a)は、高速に変調指数を変えることのできる可変マイクロ波減衰器12の構成例を示す。この可変マイクロ波減衰器12は、1入力・n出力(nは2以上の整数)を有する入力側ダイオードスイッチ121と、n入力・1出力を有する出力側ダイオードスイッチ122と、両ダイオードスイッチ121,122間でそれらスイッチの各々のチャンネルに接続されたn個の各々減衰量の異なる固定マイクロ波減衰器123を備えており、パーソナルコンピューター(図示しない)からのTTL信号(トランジスタ・トランジスタ・ロジック信号)を1組のダイオードスイッチ121,122に入力して、それらダイオードスイッチ121,122間において、マイクロ波が伝搬するチャンネルを切り替えることで、マイクロ波発生器11からのマイクロ波の電圧振幅を20ns程度の速度で可変にすることができる。
FIG. 2A shows a configuration example of the
可変マイクロ波減衰器12による挿入損失は、入力したマイクロ波のレベル差を保持して、一定の割合で増幅が可能なマイクロ波増幅器13により補償する。このときのTTL信号とマイクロ波出力の関係を図2の(b)に示す。
The insertion loss due to the
TTL信号は1組のダイオードスイッチ121,122間においてマイクロ波が伝播するチャンネルの切り替えを行う。例えば、ある時刻T0において図2の(b)の固定マイクロ波減衰器L1を伝搬していたマイクロ波出力が、時刻T1においてTTL信号により固定マイクロ波減衰器L2を伝搬するように入出力側のダイオードスイッチ121,122を同期して切り替えた場合、ダイオードスイッチ121,122間を伝搬するマイクロ波は、時刻により異なる固定マイクロ波減衰器123を伝搬するために、電圧振幅が時刻により変化する。
The TTL signal switches the channel through which the microwave propagates between a pair of
厳密には、時刻T1では、固定マイクロ波減衰器L1を伝搬しているマイクロ波の立ち下がり(時間20ns程度)と、新たに固定マイクロ波減衰器L2を伝搬するマイクロ波の立ち上がり(時間20ns程度)が同時に発生するため、マイクロ波が重なり合うことでインピーダンスの不整合が発生し、出力側ダイオードスイッチ122からのマイクロ波出力は約20ns間、著しく減少する。したがって、本発明のパルス幅可変光源において、T時間、ある一定のパルス幅で出力させる場合には、TTL信号の持続時間を(T+20ns)に設定する必要がある。
Strictly speaking, at time T1, the falling of the microwave propagating through the fixed microwave attenuator L1 (about 20 ns) and the rising of the microwave newly propagating through the fixed microwave attenuator L2 (about 20 ns) ) Occur at the same time, impedance mismatch occurs due to the overlapping of the microwaves, and the microwave output from the output
なお、n個の固定マイクロ波減衰器L1〜Lnの減衰量の設定により、任意の減衰比でマイクロ波の出力を可変にすることができる。可変マイクロ波減衰器12では、インピーダンス不整合による反射が発生するため、入射側のダイオードスイッチ121の前と出射側のダイオードスイッチ122の後ろにアイソレータ(図示しない)等のマイクロ波の反射波を除去するフィルタを備えるのが好ましい。
The microwave output can be made variable at an arbitrary attenuation ratio by setting the attenuation amounts of the n fixed microwave attenuators L1 to Ln. In the
(第2の実施形態)
図3の(a)は、本発明を適用したファブリペロー電気光学変調器により構成された通信用パルス光源の第2の実施形態の構成を示す。本実施形態の通信用パルス光源は、半導体レーザ14、アイソレータ15、一対の鏡16,18で構成された共振器、その共振器に挿入された光位相変調器17、マイクロ波発生器11に加えて、ファブリペロー電気光学変調器の出力側に光フィルタ19を備える。
(Second Embodiment)
FIG. 3A shows a configuration of a second embodiment of a pulse light source for communication constituted by a Fabry-Perot electro-optic modulator to which the present invention is applied. The communication pulse light source of this embodiment includes a
この光フィルタ19は例えば入射光の波長に対して、図3の(b)に示すように、長波長側(または短波長側)のみ通過することができるバンドパスフィルタである。 The optical filter 19 is, for example, a band pass filter that can pass only the long wavelength side (or the short wavelength side) with respect to the wavelength of the incident light, as shown in FIG.
これにより、光パルス列は元々前述の図14の(a)に示すように1/2fmの周期であったものが、図4に示すように、半数に削減され1/fmの周期となり、入射光の波長に対して、長波長側(または短波長側)に波長がシフトした光パルスのみとなる。したがって、本実施形態のファブリペロー電気光学変調器により発生した光パルス列を、波長分散のある光ファイバ(図示しない)に通すと、光パルスの伝搬特性が隣り合う各パルス間で異ならなくなり、光パルス列はその光ファイバ通過後でもパルスのタイミングのずれは生じない。また、本実施形態のファブリペロー電気光学変調器により発生した光パルス列を光増幅器に通しても、光パルスの増幅特性が隣り合う各パルス間で異ならないので、パルスの強度に変調が加えられることもない。 As a result, the optical pulse train originally having a period of 1/2 fm as shown in FIG. 14A is reduced to half as shown in FIG. Only the optical pulse whose wavelength is shifted to the long wavelength side (or the short wavelength side) with respect to the above wavelength. Therefore, when the optical pulse train generated by the Fabry-Perot electro-optic modulator of this embodiment is passed through an optical fiber (not shown) having wavelength dispersion, the propagation characteristics of the optical pulse are not different between adjacent pulses, and the optical pulse train No deviation in pulse timing occurs even after passing through the optical fiber. Further, even if the optical pulse train generated by the Fabry-Perot electro-optic modulator of this embodiment is passed through the optical amplifier, the amplification characteristics of the optical pulse are not different between adjacent pulses, so that the intensity of the pulse is modulated. Nor.
(第3の実施形態)
図5は、本発明を適用したファブリペロー電気光学変調器により構成された通信用パルス光源の第3の実施形態の構成を示す。本実施形態の通信用パルス光源は、図1の本発明の第1の実施形態の構成に加えて、ファブリペロー電気光学変調器の出力側にアレイ導波路格子20を備える。
(Third embodiment)
FIG. 5 shows a configuration of a third embodiment of a communication pulse light source constituted by a Fabry-Perot electro-optic modulator to which the present invention is applied. The communication pulse light source of this embodiment includes an arrayed waveguide grating 20 on the output side of the Fabry-Perot electro-optic modulator in addition to the configuration of the first embodiment of the present invention shown in FIG.
このアレイ導波路格子20は、例えば入射光の波長に対して、長波長側(または短波長側)のみ通過することができるバンドパスフィルタである。この場合も、前述の光フィルタ19と同様に、アレイ導波路格子20から出力する光パルス列の繰り返し周期は図4に示すようにfmとなる。
また、アレイ導波路格子20は容易に2以上の複数の出力を有する構造を持つことができ、入射光を周波数差により複数に分離することができる。例えば、アレイ導波路格子20の周波数透過帯域幅をファブリペロー電気光学変調器の変調周波数の整数倍(P×fm)にすることで、図6に示すように、複数のパルス列(繰り返し周波数fm)をアレイ導波路格子20から同時に発生することができる。ここで、図6はファブリペロー電気光学変調器の変調周波数fm=10GHzで発生させた光パルスのスペクトルおよび出力数8のアレイ導波路格子20の透過帯域幅を40GHz(4×fm)としたときの計算結果例を示している。
The arrayed waveguide grating 20 is, for example, a bandpass filter that can pass only the long wavelength side (or short wavelength side) with respect to the wavelength of incident light. Also in this case, similarly to the optical filter 19, the repetition period of the optical pulse train output from the arrayed waveguide grating 20 is fm as shown in FIG.
In addition, the arrayed waveguide grating 20 can easily have a structure having a plurality of outputs of two or more, and incident light can be separated into a plurality by the frequency difference. For example, by setting the frequency transmission bandwidth of the arrayed waveguide grating 20 to an integral multiple (P × fm) of the modulation frequency of the Fabry-Perot electro-optic modulator, a plurality of pulse trains (repetition frequency fm) as shown in FIG. Can be generated simultaneously from the arrayed waveguide grating 20. Here, FIG. 6 shows a case where the spectrum of the optical pulse generated at the modulation frequency fm = 10 GHz of the Fabry-Perot electro-optic modulator and the transmission bandwidth of the arrayed waveguide grating 20 with 8 outputs is 40 GHz (4 × fm). An example of the calculation result is shown.
なお、図6に示すように、ファブリペロー電気光学変調器に入射したCWのレーザ光(中心周波数f0)に対して、長波長側にシフトした周波数成分と、短波長側にシフトした周波数成分を、アレイ導波路格子20において同じ周波数透過帯域内に存在しないように、アレイ導波路格子20の透過周波数を調整しなければならない。このとき、同時に発生させた複数のパルス列(8パルス列)におけるパルス幅はアレイ導波路格子20の透過周波数帯域幅(P×fm=40GHz)に逆比例するので、発生させるパルス列数を拡大するために、各々の透過周波数帯域幅を狭くすると、パルス幅は広くなる。 In addition, as shown in FIG. 6, the frequency component shifted to the long wavelength side and the frequency component shifted to the short wavelength side with respect to the CW laser light (center frequency f0) incident on the Fabry-Perot electro-optic modulator are The transmission frequency of the arrayed waveguide grating 20 must be adjusted so that it does not exist within the same frequency transmission band in the arrayed waveguide grating 20. At this time, since the pulse widths of a plurality of pulse trains (eight pulse trains) generated at the same time are inversely proportional to the transmission frequency bandwidth (P × fm = 40 GHz) of the arrayed waveguide grating 20, in order to increase the number of pulse trains to be generated When each transmission frequency bandwidth is narrowed, the pulse width is widened.
さらに、アレイ導波路格子20の透過周波数間隔をファブリペロー電気光学変調器の変調周波数と一致させることで、複数の連続光の発生が可能になる。なお、アレイ導波路格子20の代わりに周波数選択性のあるフィルタや干渉計(図示しない)を用いて2以上の複数の出力を有する場合にも上記と同様に、周波数差によって出力光パルスを分離することで、繰り返し周波数fmの複数のパルス列および、複数の連続光を発生できる。 Furthermore, by making the transmission frequency interval of the arrayed waveguide grating 20 coincide with the modulation frequency of the Fabry-Perot electro-optic modulator, a plurality of continuous lights can be generated. In the case where two or more outputs are used by using a frequency-selective filter or interferometer (not shown) instead of the arrayed waveguide grating 20, the output light pulse is separated by the frequency difference in the same manner as described above. By doing so, a plurality of pulse trains having a repetition frequency fm and a plurality of continuous lights can be generated.
(第4の実施形態)
図7は、本発明を適用したファブリペロー電気光学変調器により構成された通信用パルス光源の第4の実施形態の構成を示す。本実施形態の通信用パルス光源は、半導体レーザ14、アイソレータ15、一対の鏡16,18で構成された共振器、その共振器に挿入された光位相変調器17、マイクロ波発生器11に加えて、ファブリペロー電気光学変調器の入力側に光強度変調器22、例えばMZ変調器(マッハ・ツェンダー干渉計型変調器)を置き、その透過特性がファブリペロー電気光学変調器の変調と同期して、図8に示すような特性になるように、光強度変調器22の位相を位相変調器21で調整する。その同期のため、マイクロ波発生器11からのマイクロ波が同期信号として位相調整器21に供給される。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a configuration of a fourth embodiment of a communication pulse light source constituted by a Fabry-Perot electro-optic modulator to which the present invention is applied. The communication pulse light source of this embodiment includes a
この場合も、本通信用パルス光源から出力する光パルスは、図4に示すのと同様になり、半数に削減され、入射光の波長に対して、長波長側(または短波長側)に波長がシフトした光パルスのみとなる。したがって、本実施形態のファブリペロー電気光学変調器により発生した光パルス列を、波長分散のある光ファイバ(図示しない)に通すと、光パルスの伝搬特性が隣り合う各パルス間で異ならなくなり、光パルス列はその光ファイバ通過後でもパルスのタイミングのずれは生じない。また、本実施形態のファブリペロー電気光学変調器により発生した光パルス列を光増幅器(図示しない)に通しても、光パルスの増幅特性が隣り合う各パルス間で異ならないので、そのパルスの強度に変調が加えられることもない。 In this case as well, the optical pulse output from the communication pulse light source is the same as that shown in FIG. 4 and is reduced by half, and the wavelength on the long wavelength side (or short wavelength side) with respect to the wavelength of the incident light. Becomes only the optical pulse shifted. Therefore, when the optical pulse train generated by the Fabry-Perot electro-optic modulator of this embodiment is passed through an optical fiber (not shown) having wavelength dispersion, the propagation characteristics of the optical pulse are not different between adjacent pulses, and the optical pulse train No deviation in pulse timing occurs even after passing through the optical fiber. Further, even if the optical pulse train generated by the Fabry-Perot electro-optic modulator of this embodiment is passed through an optical amplifier (not shown), the amplification characteristics of the optical pulse are not different between adjacent pulses. No modulation is added.
なお、ファブリペロー電気光学変調器の入力側に光強度変調器22を置く換わりに半導体レーザ14の直接変調でもよく、またファブリペロー電気光学変調器の入力側に光強度変調器22を置く換わりに、ファブリペロー電気光学変調器の出力側に強度変調器22を置く構造のものでもよい。
Instead of placing the
(第5の実施形態)
図9は、本発明を適用したファブリペロー電気光学変調器により構成された通信用パルス光源の第5の実施形態の構成を示す。本実施形態の通信用パルス光源は、半導体レーザ14、アイソレータ15、一対の鏡16,18で構成された共振器、その共振器に挿入された光位相変調器17、マイクロ波発生器11に加えて、ファブリペロー電気光学変調器の出力側に光干渉計23を備える。
(Fifth embodiment)
FIG. 9 shows a configuration of a fifth embodiment of a communication pulse light source constituted by a Fabry-Perot electro-optic modulator to which the present invention is applied. The communication pulse light source of this embodiment includes a
この光干渉計23はマイケルソン干渉計、マハツェンダー干渉計、或いはファブリペロー干渉計のいずれでも良い。いずれの光干渉計の場合にも、FSR(自由スペクトルレンジ)=2fmに調整し、出力光のfm毎に発生する変調サイドバンド成分の偶数次成分のみを透過するように調整しておく。或いは半導体レーザ14の波長を調整することで出力光のfm毎に発生する変調サイドバンド成分の偶数次成分のみを透過するようにしてもよい。この場合、光パルスは隣り合うパルスと干渉し、入射光の波長に対して、長波長側(または短波長側)に波長がシフトしない光パルス列となる。
The
図10の(a),(b)は光干渉計23がマハツェンダー干渉計の場合の計算例を示し、遅延を1/2fmに調整している。図10の場合は、前述の図14に比べて、パルス幅は半減し、位相は変化しなくなっていることがわかる。このときの干渉計の透過スペクトルと干渉計透過後のパルススペクトル波形を図11に模式的に示す。
FIGS. 10A and 10B show calculation examples when the
また、光干渉計23をFSR=M×2fm(Mは整数)の透過特性とすることで、パルス列の繰り返し周波数を2以上の偶数倍にすることができる。これは、フーリエ変換の関係により、パルス列の繰り返し周波数がパルス内の周波数成分の周波数間隔(M×2fm)に一致するためである。
Further, by making the
なお、光干渉計23の代わりに、アレイ導波路格子(図示しない)を設けて、そのアレイ導波路格子のFSRをM×2fmに調整することでも上記と同様に、パルス列の繰り返し周波数を2以上の偶数倍にすることができる。
Note that an arrayed waveguide grating (not shown) may be provided in place of the
以上述べたことにより、本実施形態の通信用パルス光源では、光パルスの伝搬特性が隣り合う各パルス間で異ならなくなり、光パルス列はファイバ通過後でもパルスのタイミングのずれが生じない。また、ファブリペロー電気光学変調器により発生した光パルス列を光増幅器(図示しない)に通しても、光パルスの増幅特性が隣り合う各パルス間で異ならないので、パルスの強度に変調が加えられることもない。なお、図10の(a)に示すように、パルス幅も図14と比較して、より短いパルスになっており、短いパルスが必要なソリトン通信等への応用に有利である。また、パルス幅は光位相変調器17に加えるマイクロ波パワーを大きくする程小さくできるが、本実施形態の手法を用いれば、より低パワーのマイクロ波で短いパルス幅を得ることができる。
As described above, in the pulse light source for communication according to the present embodiment, the propagation characteristics of the optical pulse do not differ between adjacent pulses, and the optical pulse train does not shift in pulse timing even after passing through the fiber. In addition, even if an optical pulse train generated by a Fabry-Perot electro-optic modulator is passed through an optical amplifier (not shown), the amplification characteristics of the optical pulse do not differ between adjacent pulses, so that the intensity of the pulse is modulated. Nor. As shown in FIG. 10A, the pulse width is shorter than that in FIG. 14, which is advantageous for application to soliton communication or the like that requires a short pulse. Further, the pulse width can be reduced as the microwave power applied to the
(第6の実施形態)
図12は、本発明を適用したファブリペロー電気光学変調器により構成された通信用パルス光源の第6の実施形態の構成を示す。本実施形態の通信用パルス光源は、図1の本発明の第1の実施形態の構成に加えて、ファブリペロー電気光学変調器の出力側に、戻り光の除去機能を有する例えばアイソレータ24を備える。
(Sixth embodiment)
FIG. 12 shows a configuration of a sixth embodiment of a communication pulse light source constituted by a Fabry-Perot electro-optic modulator to which the present invention is applied. The communication pulse light source of the present embodiment includes, for example, an
戻り光の除去機能は、出力光の透過率が高く、戻り光の透過率の低いフィルタやアイソレータ、または光共振器の出力側端面に角度をつけ、戻り光が光共振器へ再結合しない構造を備えることで得られる。ファブリペロー電気光学変調器は光位相変調器17をファブリペロー光共振器16,18に挿入した構造をもつため、通信用パルス光源の出力を光コネクタ(図示しない)を用いて光ファイバ(図示しない)と接続した場合に、そのコネクタ端面での反射光が光共振器16,18への戻り光となり、光共振器16,18に再結合することで干渉し、光共振器16,18が不安定となり、パルス幅可変光源の出力が不安定になるが、本実施形態のように戻り光の除去手段を設けることで、そのパルス幅可変光源の出力が不安定になるのを防止することができる。
The return light removal function has a structure in which the output light has a high transmittance and a low return light transmittance, such as a filter or isolator, or an angle on the output-side end face of the optical resonator so that the return light does not recouple to the optical resonator. It is obtained by providing. Since the Fabry-Perot electro-optic modulator has a structure in which the
(その他の実施形態)
以上述べた本発明の実施形態は、具体例を例示しただけのものであり、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲内であれば、その変形、置き換え等の全ての事例は本発明の実施形態に含まれる。例えば、本発明の各実施形態の構成を組み合わせたものも有効であり、本発明の実施形態に含まれる。
(Other embodiments)
The embodiment of the present invention described above is merely a specific example, and the present invention is not limited to this. All examples of modifications, replacements, and the like are within the scope of the claims. Included in embodiments of the invention. For example, what combined the structure of each embodiment of this invention is also effective, and is contained in embodiment of this invention.
本発明は、従来技術では実現できなかった高速なパルス幅の変調ができる通信用パルス光源を実現でき、光ファイバを長距離伝搬する光通信に使用でき、1台の光源で多波長のパルス列が発生でき、かつ変調周波数の偶数倍のパルス列が安定に発生できるので、極めて実用性が高く、高速光ファイバネットワーク通信などに、広範囲に渡り応用範囲が広がると期待できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can realize a communication pulse light source capable of high-speed pulse width modulation that could not be realized by the prior art, and can be used for optical communication that propagates an optical fiber over a long distance. Since it can be generated and a pulse train having an even multiple of the modulation frequency can be generated stably, it is highly practical and can be expected to have a wide range of applications in high-speed optical fiber network communications.
11 マイクロ波発生器
12 可変マイクロ波減衰器
121、122 ダイオードスイッチ
123 固定マイクロ波減衰器
13 マイクロ波増幅器
14 半導体レーザ
15 アイソレータ
16、18 鏡(ファブリペロー光共振器)
17 光位相変調器
19 光バンドパスフィルタ
20 アレイ導波路格子
21 位相調整器
22 光強度変調器
23 光干渉計
24 アイソレータ
DESCRIPTION OF
17 Optical Phase Modulator 19
Claims (10)
前記パルス幅可変手段が、前記ファブリペロー電気光学変調器のマイクロ波入力側に設けられた可変マイクロ波減衰器を含み、該可変マイクロ波減衰器は、少なくともn出力(nは2以上の整数)を有する入力側ダイオードスイッチと、少なくともn入力を有する出力側ダイオードスイッチと、両ダイオードスイッチ間でそれらスイッチの各々のチャンネルに接続されたn個の各々減衰量の異なる固定マイクロ波減衰器とを有することを特徴とする通信用パルス光源。 A pulsed light source composed of a semiconductor laser and a Fabry-Perot electro-optic modulator, wherein a voltage amplitude of a modulation microwave driving the Fabry-Perot electro-optic modulator is changed according to a control signal to have a pulse width varying means capable of a pulse width variable,
The variable pulse width means includes a variable microwave attenuator provided on the microwave input side of the Fabry-Perot electro-optic modulator, and the variable microwave attenuator has at least n outputs (n is an integer of 2 or more). And an input side diode switch having at least n inputs, and n fixed microwave attenuators having different attenuation amounts connected to the respective channels of the switches between both diode switches. A pulse light source for communication.
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